鎘的吸收及細(xì)胞內(nèi)的重新分布與細(xì)胞解毒機(jī)制研究.pdf

1、近幾年來(lái)，重金屬污染導(dǎo)致群體性健康損害的事件發(fā)生頻繁，重金屬污染及其健康風(fēng)險(xiǎn)成為影響社會(huì)和諧穩(wěn)定的關(guān)因素之一。鎘是劇毒重金屬元素，在食物鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)間實(shí)現(xiàn)一定的積累和轉(zhuǎn)移，可以通過(guò)消化道等組織器官被直接吸收，從細(xì)胞、組織、器官到個(gè)體的各個(gè)層面對(duì)生物體產(chǎn)生一系列毒害作用。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，鎘污染危害日益嚴(yán)重，生物修復(fù)因?yàn)槠渚哂斜姸鄡?yōu)點(diǎn)而備受推崇，其中的關(guān)鍵是獲取鎘高耐受性的物種。因而研究鎘的吸收、細(xì)胞內(nèi)的重新分布與細(xì)胞解毒分子機(jī)制對(duì)鎘污染

2、防治和環(huán)境修復(fù)有著重要意義。釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是簡(jiǎn)單的真核生物，它遺傳操作簡(jiǎn)單、基因組全序列清楚、易于培養(yǎng)和收獲，是適合研究重金屬響應(yīng)機(jī)制的模式生物。
　　許多研究表明鎘脅迫可以誘導(dǎo)釀酒酵母細(xì)胞內(nèi)一系列的生理、生化變化，然而鎘對(duì)細(xì)胞內(nèi)離子平衡的影響以及鎘和其他離子之間的相互作用研究甚少。因此，我們首先通過(guò)ICP-AES方法檢測(cè)了鎘處理下Zn2+、Fe3+、Cu2+、K+、Mg2+和Ca2+

3、含量，數(shù)據(jù)顯示Zn2+和Fe3+含量增加，而Cu2+、K+含量降低。后續(xù)的鎘和其它離子之間脅迫響應(yīng)分析，表明干擾胞內(nèi)陽(yáng)離子的穩(wěn)態(tài)可能是鎘細(xì)胞毒性的一個(gè)方面。此外，適當(dāng)濃度的外源 Zn2+、Ca2+、Fe3+、Mg2+、K+可以補(bǔ)救鎘的毒性影響。
　　通過(guò)對(duì)酵母必需基因高表達(dá)庫(kù)的篩選，發(fā)現(xiàn)了六個(gè)鎘脅迫響應(yīng)的基因，包括：OLE1、PRP16、PCL8、MRS6、NOP1、RTP1，其中高表達(dá)MRS6后明顯提高細(xì)胞對(duì)鎘的抗性。MRS6編

4、碼Rab護(hù)送蛋白，與YPT1p（Rab家族GTP酶）形成復(fù)合物，激發(fā)Rab GTP酶的活性，參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體小泡的轉(zhuǎn)運(yùn)。深入研究表明 MRS6超表達(dá)改變了細(xì)胞內(nèi)鎘的分布，但機(jī)制獨(dú)立于GSH1-YCF1液泡通路，也獨(dú)立于鎘的質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)子Pca1p通路。進(jìn)一步的研究結(jié)果表明MRS6介導(dǎo)的鎘耐受性依賴于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體囊泡運(yùn)輸系統(tǒng)的完整性，而且蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)抑制劑BrefeldinA可以有效阻止MRS6介導(dǎo)的鎘外排。此外，超表達(dá)MRS6降低鎘誘導(dǎo)

5、的UPR效應(yīng)，緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，也是鎘抗性形成的重要原因。
　　最后，我們探討了硫饑餓與mRNA錯(cuò)譯與鎘抗性之間的聯(lián)系。生物一般通過(guò)高精準(zhǔn)的基因轉(zhuǎn)錄、mRNA質(zhì)量控制、核糖體校對(duì)等途徑維持遺傳信息的保守性，低水平的mRNA錯(cuò)譯對(duì)于真核生物產(chǎn)生的有利表型了解甚少。我們的研究結(jié)果表明鎘處理能誘導(dǎo)mRNA錯(cuò)譯，mRNA誤譯的增加導(dǎo)致顯著的耐鎘表型，這種表型與通過(guò)Sul1p轉(zhuǎn)運(yùn)子介導(dǎo)的硫饑餓相關(guān)，且過(guò)程中需要半胱氨酸的生物合成。該結(jié)果提示了